EEME 210 ELEKTRONİK LABORATUARI

Transkript

1 Dicle Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümü EEME 210 ELEKTRONİK LABORATUARI DENEY 01: DİYOTLAR ve DİYOTUN AKIM-GERİLİM KARAKTERİSTİĞİ BAHAR Grup Kodu: Deney Tarihi: Raporu Hazırlayan Deneyi Yapanlar No: Ad Soyad: İmza:

2 EEME210 Elektronik Laboratuarı, Bahar Dönemi, Deney 1 DENEY 1 : DİYOTLAR ve DİYOTUN AKIM-GERİLİM KARAKTERİSTİĞİ Diyotlar, bir yarısı N-tipi diğer yarısı P-tipi yarıiletkenden oluşan kristal elemanlardır ve tek yönlü akım geçiren yarıiletken devre elemanlarıdır. N ve P tipi yarıiletkenin birleştiği bölgeye eklem denir. Diyotlar germanyum veya silisyum kullanılarak üretilmektedir. Diyotun P tarafına anot, N tarafına katot denir. Diyotun sembolündeki üçgen ok başı, diyot içindeki normal akım yönünü gösterir. Üretilen diyotlarda katot tarafı, diyotun dış yüzünde halka şeklinde bir çizgi ile belirtilir. Şekil 1: Diyot sembol ve görünüşleri Bir diyotun anodu, bir kaynağın pozitif kutbuna, katodu ise negatif kutbuna bağlandığında buna doğru kutuplanma denir. Diyotun anodu, bir kaynağın pozitif kutbuna, katodu ise negatif kutbuna bağlandığında, buna da ters kutuplanma denir. Bu iki kutuplanma Şekil 2 de verilmiştir. a) Diyotun doğru kutuplanması b) Diyotun ters kutuplanması Şekil 2: Diyotun bir gerilim kaynağı ile doğru kutuplanması ve ters kutuplanması Diyotun iletime geçmesi için doğru kutuplanmadaki gerilimin diyot eşik gerilimi (V T ) seviyesini aşması gerekir. Eşik gerilimi değeri, 25 0 C sıcaklıkta, germanyum diyotlar için 0,3 V ve silisyum diyotlar için 0,6V 0.7V civarındadır. Sayfa 1 / 8

3 Ters kutuplanmada çok küçük bir akım gözlenir. Buna ters akım denir ve I r ile gösterilir. Bu akım, 25 0 C sıcaklıktaki bir diyotta nanoamper düzeyindedir. Diyota ters olarak bağlanan gerilim artırıldığında delinme gerilimi denilen bir değere ulaştığında, diyottan akım geçmeye başlar. Bu noktadan sonra diyot bozulma tehlikesi altındadır. Ters kutuplanma gerilimi, diyotun kırılma gerilimi seviyesini aşarsa, diyot delinerek bozulur ve akım geçirmeye başlar. Diyotun doğru ve ters kutuplanma altındaki bu davranışlarını ifade eden diyot karakteristiği Şekil 3 de verilmiştir. I d Doğru kutuplanma bölgesi Kırılma gerilimi Eşik gerilimi V d Ters kutuplanma bölgesi Şekil 3: Diyotun akım-gerilim karakteristiği Diyot seçimi yaparken, diyotun maruz kalacağı ters gerilim değerleri, geçecek olan akım değerleri göz önüne alınarak buna uygun özellikteki diyot seçilmelidir. Akım ve gerilim değerleri anlık değerlerdir. Dolayısıyla, örneğin, şebekeden alınan sinusoidal gerilim ifade edilirken, gerilimin efektif değeri kullanılır. Fakat bu gerilimin tepe değeri, efektif değerin 2 katı olup, süreksiz ve tekrarlanan bir özellikte olduğu göz önüne alınmalıdır. Aşağıda Tablo 1 de, 1N4148 diyotunun, sınır akım/gerilim değerleri verilmiştir (Philips Semiconductors), inceleyiniz. Diyodun sağlamlık testi: Bir diyotun sağlamlık testi ohmmetre ile yapılabilir. Sağlam bir diyot, ohmmetrenin ölçüm uçları ile doğru kutuplandığında düşük bir direnç, ters kutuplandığında ise sonsuz direnç göstermelidir. Sayfa 2 / 8

4 Tablo 1: 1N4148 diyotun sınır değerleri (Philips Semiconductors). Diyotlarda yaklaşık değer kullanımı: Devre problemlerinde kesin matematiksel çözümlerin zorluğundan dolayı, birçok durumda yaklaşık çözüm yolları kullanılır. Aşağıda üç ayrı model verilecektir. Birinci yaklaşık model, ideal diyot: Bu modelde diyot, doğru kutuplandığında kapalı, ters kutuplandığında açık konumda anahtar gibi davranmaktadır. Id sıfır gerilim kaybı sıfır ters akım Vd Şekil 4: İdeal diyotun Akım Gerilim karakteristiği İkinci yaklaşık modelleme: Bu modelde diyot gerilimi, iletim gerilimine ulaşana kadar diyot kesimde, iletim gerilimine ulaşıldığında ise, diyot gerilimi iletim gerilimine eşittir. Bu değerde diyottan akım akmaya başlar. Sayfa 3 / 8

5 Id 0,7 Vd Şekil 5: Gerilim kaynağı içeren diyot modeli Üçüncü yaklaşık model: Bu modelde bir önceki durum esas alınmış, ancak diyotun normal kutuplanmada geçirdiği akıma karşı gösterdiği direnç de hesaba katılmıştır. Bu durumu Şekil 6 daki grafik temsil etmektedir. Id 0,7 Vd Şekil 6: Gerilim kaynağı ve direnç içeren diyot modeli Şekil 7: Yaklaşık diyot modellerinin, elektrik devre elemanları ile gösterimi. Sayfa 4 / 8

6 UYGULAMA a ) Normal ölçüm düzeneği b) Voltmetre akımı ayrılmış ölçüm Şekil 8: Diyot akım - gerilim karakteristiği için ölçüm devreleri Şekil 8a, diyot üzerinden geçen akım ve gerilimin ölçülmesinde kullanılabilecek basit bir devreyi göstermektedir. Diyot, doğru kutuplanma ile güç kaynağına bağlanmıştır. Bu durumda kaynağın gerilimi artırıldıkça, diyottan geçen akım da artar. Diyota paralel bağlı bir voltmetre diyot üzerindeki gerilimi (Vd), devreye seri bağlı bir ampermetre ise diyottan geçen akımı (Id) gösterir. Kaynak gerilimini değiştirerek, diyot üzerindeki gerilime karşı, geçen akımın grafiğini çizersek Şekil 3 deki sonucu alırız. Kullanılan ölçü aletinin A kademesindeki iç direnci, R A 100, ma kademesindeki iç direnci R ma 2, voltmetre kademesindeki iç direnci R v 10 M dur. Diyotun ters kutuplanmasında ölçüm yaparken, diyottan geçen çok akımı mikroamper düzeyinde ölçmeye çalışacağımız için, Şekil 8a daki ampermetre, voltmetre akımını da içerecektir. Voltmetre uçlarındaki gerilimin her 1V değeri için voltmetreden yaklaşık 0.1 µa akım geçecektir ki bu değer, diyot akımı ölçerken bir hata olarak ampermetreden geçecektir. Voltmetre akımının ampermetreden geçmesini önlemek için, ters kutuplamada Şekil 8a yerine Şekil 8b deki ölçme bağlantıları yapılacaktır. Bu defa da, voltmetre üzerinde okunan değerin, ampermetre gerilimini içereceği akla gelebilir. Ampermetre uçlarındaki gerilim, Vd yanında çok küçük kaldığından, herhangi bir hataya neden olmaz. Deneyde kullanılacak malzemeler: ES05-03 deney modülü Ayarlı DC gerilim kaynağı 2 adet multimetre Isı kaynağı (havya, sıcak hava tabancası) Sayfa 5 / 8

7 Deneyin Yapılışı: Şekil 9a: Doğru kutuplama ölçme bağlantısı Şekil 9b: Ters kutuplama ölçme bağlantısı Diyodun sağlamlık testi: Bu aşamada kart üzerindeki diyodun sağlamlık testi yapılacaktır. Bunun için deney devresi kurulmadan, sadece deneyde kullanılacak olan deney kartı üzerinde Şekil 9a da görülen diyotun testi yapılacaktır. Bunun için; Direnç ölçüm kademesi ile diyot testi: 1) Ölçü aletinin direnç kademesine getirerek, probunu diyodun katod ucuna (halka çizgili kısım), + probunu anod ucuna dokundurarak (elinizi temas ettirmeden), Doğru kutuplama ile ölçün Direnç değeri.. ohm. İletim (var/yok). Tersi yönde bağlayarak ters ölçün. Direnç değeri.. ohm. İletim (var/yok). Doğru kutuplamada iletim var, ters kutuplamada yok ise diyod sağlamdır. (Multimetre O.L M gösteriyorsa sonsuz direnç demektir.) Diyot test kademesi ile diyot testi: 2) Ölçü aletini diyot test moduna getirip, aşağıdaki ölçümleri yapınız. Doğru kutuplama ile ölçün Diyot gerilimi değeri.. V. İletim (var/yok). Tersi yönde bağlayarak ters ölçün. Diyot gerilimi değeri.. V. İletim (var/yok). Doğru kutuplamada iletim var, ters kutuplamada yok ise diyod sağlamdır. Doğru kutuplamada diyot gerilimi 0.5V-0.7V, ters kutuplamada açık çevrim ise diyod sağlamdır. (Multimetre.OL V açık çevrim anlamına gelir) Sayfa 6 / 8

8 Diyotun akım - gerilim karakteristiğinin çıkarılması (doğru kutuplandığı bölge için): 3) DC gerilim kaynağı kapalı iken, ayarını, saat yönünün tersine sonuna kadar çevirerek 0V değerine getiriniz. 4) Multimetrelerin birini A kademesinde akım, diğerini gerilim ölçecek konuma ayarlayarak, Şekil 9a da verilen deney devresini set üzerinde kurunuz ve kaynağı açarak devreye gerilim uygulayınız. 5) Kaynak gerilimini yavaş yavaş arttırarak voltmetredeki Vd diyot geriliminin her 50 mv luk kademesinde, ampermetredeki Id diyot akımını ölçerek Tablo 2 yi doldurunuz. NOT: Vd = 600 mv ve sonrasında, hem ampermetrenin ölçüm skalasını aşmamak hem de daha küçük iç dirence sahip bir ampermetre ile daha doğru ölçüm yapmak için, ampermetreyi ma kademesine getirerek ölçüm yapınız. Sıcaklığın diyotun iletkenliğine etkisi: 6) Şekil 9a daki düzeneği bozmayın ve ayarlı DC gerilim kaynağını Vd = 700mV olacak şekilde ayarlayın. Diyot akımını not alın. Id =. ma. Daha sonra hocanızdan bir havya veya sıcak hava tabancası gibi bir ısı kaynağı alarak diyodu biraz ısıtın. Id sıcaklıkla nasıl değişti? (...), Vd sıcaklıkla nasıl değişti? (...) Diyotun akım - gerilim karakteristiğinin çıkarılması (ters kutuplandığı bölge için): 7) Kurmuş olduğunuz devrede küçük değişiklikle, Şekil 9b de verilen bağlantıları kurunuz. Bu bağlantıda kaynak geriliminin kabloları değiştirilerek ters gerilim bağlanacak ve voltmetre akımı ampertmetrenin dışına alınmaktadır. 8) Ampermetre olarak kullanılacak multimetreyi A kademesine alın. Kaynak gerilimini yavaş yavaş arttırarak voltmetredeki Vd diyot geriliminin her 5 V luk kademesinde, ampermetredeki Id diyot akımını ölçerek Tablo 3 ü doldurunuz. Akım-Gerilim karakteristiğinin elde edilmesi 9) Tablo 2 ve Tablo 3 deki bu değerler, diyotun Şekil 3 deki akım-gerilim karakteristiğinin çiziminde kullanılacaktır. Bu grafiği, size verilecek tarife göre milimetrik kağıda kurşunkalemle çiziniz. Grafik, deney raporu hazırlanırken yapılacaktır ve tüm grup üyeleri de çizecektir. Sayfa 7 / 8

9 Ölçüm Sonuçları: Vd [ mv ] Id 0 A 50 A 100 A 150 A 200 A 250 A 300 A 350 A 400 A 450 A 500 A 550 A 600 ma 650 ma 700 ma 750 ma Tablo 2: Doğru kutuplanmış diyot için ölçülen gerilim-akım değerleri Vd [ V ] Id [ A] (Şekil 9b için) Tablo 3: Ters kutuplanmış diyot için ölçülen gerilim-akım değerleri Sorular: 1) Tablo 2 ve Tablo 3 ün, 1. ve 2. sütunlarındaki Vd-Id değerlerini kullanarak, diyodun akım-gerilim karakteristiğini çiziniz. Çizim milimetrik kağıda yapılacak olup tarif edilecektir. 2) Çizdiğiniz ölçekli grafikten yararlanarak Vd = 675 mv için Id akımını okuyunuz ve kaynak gerilimini hesaplayınız. Sayfa 8 / 8